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分子生物學是一門在分子水平研究核酸和蛋白質等生物大分子的形態(tài)、結構、遺傳信息傳遞規(guī)律及基因表達調控的科學。它是21世紀生命科學領域發(fā)展最迅速的學科之一,極大地推動著整個生命科學的發(fā)展[1]。目前,分子生物學是我國高等院校生物、醫(yī)學類學生的專業(yè)必修課,也是化學、物理、材料等專業(yè)的選修課。
然而,從中國西部高校—塔里木大學生物類專業(yè)學生的分子生物學成績,以及每年報考研究生的考試科目選擇看,學生對分子生物學的學習效果和質量并不好。該校生物類專業(yè)學生每年分子生物學平均成績均在70分左右,在他們報考研究生時,無論是否選擇分子生物學相關專業(yè),常常避開分子生物學考試科目。這對學生今后無論是在生物領域進一步深造,或在工作崗位應用分子生物學知識解決實際問題,都帶來了極大的問題和困難。
因此,為了解導致塔里木大學本科生物類專業(yè)學生學習分子生物學效果差的原因,也為今后教師更好地開展分子生物學教學工作和提高教學質量,本論文采用調查問卷的形式,對學生分子生物學的學習動機、學習興趣、學習主動性、學習方式以及教學內容和方式等問題進行調查,在分析調查結果的基礎上,為更好地進行分子生物學課程的教育教學改革提供有益思路和借鑒。
塔里木大學是一所偏重農業(yè)的綜合性大學,分子生物學是該校生物技術和應用生物科學本科專業(yè)學生的必修課程,在第三學年第一學期開設,總學時為60學時,教學周期為16周,每周上4節(jié)課。此前學生已經學習了分子生物學的先導課程—生物化學、細胞生物學和遺傳學,對核酸和蛋白質的結構具備一定的知識基礎。本次問卷調查采用不記名方式,對象為塔里木大學生命科學學院生物技術專業(yè)(簡稱生技)和應用生物科學專業(yè)(簡稱生科)2014屆本科生,共4個班級97人。其中生技2個班,共51人,男生占64.7%,女生占35.3%,新疆生源占60%,疆外生源占40%;生科2個班,共46人,男生占52.2%,女生占47.8%,新疆生源占70%,疆外生源占30%。
一、學習動機
學習動機作為一種非智力因素,是引發(fā)和維持個體學習活動,并將學習活動引向一定學習目標的動力機制,通過學習興趣和態(tài)度等間接地影響學習效果和學業(yè)成就[2]。調查發(fā)現(xiàn),在對分子生物學重要性的認識方面,分別有97.1%和95.6%生技和生科的學生認為該課程對本專業(yè)重要或非常重要,分別只有2.9%和4.4%認為不重要??梢钥闯?,這兩個專業(yè)的絕大多數(shù)學生在學完分子生物學的先導課程后,對開設分子生物學的重要性有足夠認識,說明他們具備學好分子生物學的潛質和基礎,這為他們提供潛在的學習動力,只是由于其他因素這種動力尚未被激發(fā)出來。此外,個別學生對分子生物學的重要性認識尚有不足,這必然會導致他們學習動力的缺乏。因此,需要教師在開始講授分子生物學緒論時,通過課程介紹以及列舉實例等形式,詳細講述這門學科對整個生命科學的發(fā)展、生命奧秘的揭示、前沿技術的研發(fā)以及現(xiàn)代社會的影響,提高學生對分子生物學重要性的認識。由此看來,絕大多數(shù)生技和生科專業(yè)的學生雖然肯定了分子生物學課程的重要性,但總體成績仍然較差,或不愿選擇其作為自己喜好學科,說明對分子生物學重要性的認識并不是導致學生學習效果差的主要原因。
二、學習興趣
興趣是最好的導師,是一種積極探究的傾向,也是創(chuàng)新能力的源泉[3]。學生對某一學科感興趣,就會持之以恒地專心致志鉆研它,也會提高學習效果。調查顯示,生技和生科對分子生物學感興趣的學生分別占44.1%和42.3%,而超過一半的學生則沒興趣或不喜歡。進一步探究其不感興趣的原因,兩個專業(yè)分別有21.7%和22.1%的學生認為內容枯燥,28.3%和25.2%認為記憶內容多,21.7%和23.3%不知道如何學習,還有28.3%和29.4%覺得自己基礎差,學不會。由此看出,沒有興趣是塔里木大學生技和生科專業(yè)學生對分子生物學學習效果差的主要原因,而該課程本身的內容枯燥、理論抽象、龐雜、不易記憶等特點是導致學生喪失學習興趣的一個主要因素。興趣是學習過程中最積極的因素,也是學生走向成才之路的最有效方法。然而分子生物學除上述特點外,隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展,其新理論和新技術還在層出不窮,容易使學生產生畏懼心理,難以接受和掌握微觀和抽象知識。另外,這門課程不但自身邏輯性很強,而且與其先導課程的連貫性也很強。若其先導課程沒有學好,直接影響后續(xù)課程知識的理解和掌握。例如,如果對生物化學中DNA和蛋白質結構沒有理解的話,學生就很難掌握分子生物學中生物體如何通過DNA-蛋白質互作方式調控基因的表達,并由此產生惡性循環(huán),久而久之最終導致學生對該課程喪失學習興趣,甚至達到放任自流的程度。因此,想要學生學好分子生物學,就要充分激發(fā)學生的學習興趣,建立其自信心是關鍵,這也是提高分子生物學教學質量的有效途徑。教師可在講好緒論、采用恰當?shù)慕虒W方法和注重理論與實踐等方面,在今后的教學中充分調動學生學習分子生物學的興趣和積極性。
三、學習主動性
學習主動性是影響學生學習效果和教師教學質量的另一關鍵因素[4]。本次調查學生的學習主動性包括學習習慣和作業(yè)處理兩個方面。在學習習慣調查中,生技有22.8%的學生能主動自學(其中17.1%為看書學習,5.7%為上網學習),40%是自學結合教師授課,37.1%只聽教師授課;生科有19.9%能主動自學(其中15.7%為看書學習,4.2%為上網學習),37.3%為自學結合教師授課,42.8%只聽教師授課。
調查結果說明這兩個專業(yè)學生的學習習慣均較差,大部分學生的主動學習意識不強,仍然依賴中學階段教師授課為主的學習習慣,其中生科的學生主動學習意識更差。在對待不會做的作業(yè)時,生技有27.8%的學生通過自己看書解決,52.8%是向其他同學請教和討論,13.9%則是抄襲他人的作業(yè),5.6%是請教老師;生科專業(yè)學生的上述比例依次為25.2%、48.1%、23.4%和3.3%。顯然,當遇到不會的作業(yè)時,兩個專業(yè)的大多數(shù)學生主要是與同學討論甚至抄襲作業(yè)方式解決,只有少數(shù)是通過自己看書或請教老師方式解決,說明大多數(shù)學生對待作業(yè)抱著消極和應付的態(tài)度,沒有很好地利用作業(yè)對知識進行及時復習和鞏固,日積月累,不會的問題越積越多,最終導致學生對該課程喪失信心、興趣和學好的勇氣,這是導致學生學習成績差的一個重要因素。
一般來講,如果學生對所學內容感興趣,就會興致勃勃地學習,當遇到困難時表現(xiàn)出頑強的鉆研精神。否則,只是表面地、形式地去應付所學知識,一旦遇到困難則往往會喪失信心,不能堅持學習。因此,要使學生由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習,就必須激發(fā)和培養(yǎng)學生的學習興趣,改變學習習慣,這是學好分子生物學和提高學習成績的可靠保障。
四、學習方式
學習方式是學生在學習過程中為完成學習任務,達到學習目標采取的方法、策略和途徑的總稱,直接影響著學生的學習效果和成績[5]。本次調查學生的學習方式包括課堂筆記、課前預習和課后復習三個方面。在課堂筆記調查中,生技和生科分別有73.5%和70.2%的學生能主動記下教師授課要點,11.8%和12.7%是記下教師授課的部分內容,14.7%和17.1%是教師讓記就記或從不記筆記。說明兩個專業(yè)的大部分學生在課堂中均能做好筆記,其中生技學生記筆記的主動性高于生科專業(yè)學生。在對課前預習和課后復習的調查中,生技和生科分別有7.4%和6.1%的學生能進行課前預習和課后復習,60.3%和57.2%偶爾會進行預習和復習,26.5和31.8%%則從不預習和復習,5.9%和4.9%在教師要求時會進行預習和復習。表明兩個專業(yè)僅有少數(shù)學生能夠積極進行課前預習和課后復習,而絕大多數(shù)學生則缺乏這種學習方式。
然而進一步調查顯示,兩個專業(yè)都又有超過53%的學生認為“課前預習—課堂學習—課后復習”的學習方式更有利于對知識的掌握,學生在課前進行預習,帶著問題課堂聽教師講解,逐漸使問題得到解決,再通過課后復習來鞏固學習成果。但這與學生實際在分子生物學學習中的做法自相矛盾,原因可能由于學生對本課程不感興趣,不愿意或不主動以這種方式學習。因此,培養(yǎng)和增強學生對本課程的學習興趣或許是提高學習成績和學習效果的根本途徑。
五、教學內容
分子生物學是一門實踐性很強的學科,除理論教學外,實驗課程也占有重要的地位。在教學內容調查中,生技和生科都有超過68%的學生認為分子生物學的理論課和實驗課應緊密結合,希望通過實際動手操作來驗證和鞏固理論知識。而塔里木大學分子生物學的理論課和實驗課被安排在不同學期進行,學生在學習理論知識后,不能及時通過實驗課的實踐環(huán)節(jié)進行驗證和鞏固,只能靠死記硬背來記憶枯燥的概念和原理,學習效果自然不好。
因此,在制定教學大綱時,應盡可能安排分子生物學的理論課和實驗課同步進行,或使學生進入實驗室進行科研鍛煉,這樣不僅使其從枯燥的理論學習中解脫出來,在實驗中的新發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新大大提高他們對本課程的學習興趣,而且學生在獲得一定技能后也能增強其將來走上社會的自信心,這種措施不失為提高學生對分子生物學學習興趣和學習效果的最簡單途徑。另外,目前國內大多數(shù)高校所使用的分子生物學教材內容與其先導課程重復性較大,如DNA復制、RNA轉錄和蛋白質翻譯等,這些重復內容占用了分子生物學很多教學課時,導致其最精華和最核心的內容(如基因表達調控等)課時較少。因此,在教學大綱修訂時,還應對課程體系進行優(yōu)化[6],強調重復內容在分子生物學和其先導課程各自的教學重點,這樣既可有效避免課程間內容的重復,又可使課程體系間建立有機銜接,從而有效地突出了分子生物學的教學重點。
六、教學方式
合理的教學方式有利于促進學生的良好發(fā)展,是提高課堂實效性的關鍵,在學生獲得知識、提高能力、獲取學習方法的過程中,教師采用的教學方式直接影響著學生的學習興趣和效果[7]。調查發(fā)現(xiàn),生技和生科分別有67.6%和72.5%的學生希望每章講完后教師能幫其進行歸納和總結,便于他們理解和記憶。表明學生對教師的依賴很強,對所學知識梳理和總結的主動性和積極性不高。為此,教師在今后教學過程中應注重引導學生自己及時對知識進行歸納和總結,必要時應教會他們歸納和總結的方法,如思維導圖法[8],這樣一方面使學生對所學知識加深記憶和鞏固,另一方面他們養(yǎng)成良好的學習習慣,成為走上社會的一項潛在本領。另外,生技和生科分別有47%和41.6%的學生希望教師上課時引入課堂討論。
課堂討論是一種很好的教學組織形式,學生可以在輕松的氛圍中達到對知識的理解和掌握[9]。對此,教師在今后的教學中可采用恰當?shù)挠懻摲绞?,如“三明治”教學模式[10],這樣一方面可以激發(fā)學生的學習興趣,提高學習效果,另一方面使學生在討論中不但可以鍛煉自己的口才,發(fā)揮個人魅力,而且學會尊重別人意見,接受別人批評,培養(yǎng)他們的團隊合作精神。調查還發(fā)現(xiàn),生技和生科分別有50.1%和69.3%的學生希望能結合生產生活,多舉實例。說明多數(shù)學生希望通過實際生活的例子形象地理解和掌握抽象的分子生物學知識,特別是生科專業(yè)的學生,由于這部分學生大多來自于新疆本地,更希望通過聯(lián)系當?shù)厣a生活的實際,以便將來應用分子生物學知識和技術為本地發(fā)展服務。
總之,上述調查問卷說明,處于我國西部邊陲的塔里木大學的分子生物學教學目前仍然面臨著許多問題,如學生的學習興趣不高、主動性積和極性較低、學習方式不當?shù)?。造成這些問題的原因一方面是分子生物學本身知識枯燥難懂,學生難以理解和掌握,另一方面也可能與生源有關,生技和生科兩個專業(yè)的學生大部分來自于新疆本地,中學階段的整體教育水平低于疆外地區(qū),造成學生的知識基礎較差,這對需要具備雄厚知識基礎的分子生物學來說更為困難。如何教好分子生物學,如何提高學生對本課程的學習興趣和學習效果,是擺在所有分子生物學課程教師面前的一個共同問題[11]。
針對這種現(xiàn)狀,必需進行分子生物學教學改革,教師在實際教學工作中,針對學生的特點和興趣,結合當?shù)厣a生活實際,運用恰當?shù)慕虒W方式,引導學生及時總結和整理知識,同步配以相應的實驗課,相信這樣不僅能極大提高學生對分子生物學的學習熱情和興趣,而且也能使學生把該課程真正運用到以后的科研、生產和生活實際,為國家和新疆地方發(fā)展培養(yǎng)更多、更高素質的高級應用型人才。
關鍵詞:醫(yī)學分子生物學 實驗教學 教學改革 綜合性實驗
中圖分類號:G64 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)02(a)-0037-03
21世紀以來,隨著人類基因組計劃的完成,醫(yī)學分子生物學作為分子生物學的重要分支得以迅猛發(fā)展,其理論與技術早已廣泛滲透到生命科學的各領域,同時也成為橫跨基礎醫(yī)學與臨床醫(yī)學的橋梁課程。我校于2003年為醫(yī)學本科生開設了醫(yī)學分子生物學理論課的教學,實驗課的教學由于經費、場地、儀器等因素的限制,僅針對檢驗專業(yè)學生開設,其教學任務由醫(yī)學基礎研究中心醫(yī)學分子生物學實驗室承擔。通過多年的教學實踐和摸索,我們在現(xiàn)有的條件和辦學特色定位下及實驗教學基礎上,針對檢驗專業(yè)本科生教育的特點,于2011年起,我們對醫(yī)學分子生物學實驗課教學改革進行了初步探索,以期促進本學科實驗教學工作的發(fā)展,達到提高教學質量和培養(yǎng)學生綜合實踐能力的目的。
1 醫(yī)學分子生物學實驗教學的重要性
醫(yī)學分子生物學主要致力于闡明生物大分子結構、功能、調控機制以及人體各種生理和病理狀態(tài)的分子機制[1]。這些內容十分抽象而無直觀的實體,其中所涉及到的生理、生化過程,學生僅從書面上是無法進行形象化的觀察和認知。因此,作為一門實踐性和應用性很強的學科,實驗教學在醫(yī)學分子生物學整個教學過程中占有重要地位。通過實驗課的學習,不僅能驗證課堂上所學到的理論基礎,增強學生對知識的理解和掌控能力,而且能夠激發(fā)學生的學習興趣,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的實際能力。
2 對醫(yī)科生全面推行醫(yī)學分子生物學實驗課教學的改革勢在必行
醫(yī)學分子生物學是生命科學發(fā)展中最重要的前沿學科之一,其發(fā)展依賴于反復的實驗驗證,故具有實驗性強的特點,分子生物學實驗技術正深刻地影響著醫(yī)學的各個分支領域。因此,對省屬醫(yī)學院校各專業(yè)的本科生來說,掌握分子生物學技術的基礎理論和基本的實驗方法非常重要。提高學生的動手能力、培養(yǎng)應用型人才,對廣大醫(yī)科本科學生、研究生和青年教師而言顯得越來越重要。培養(yǎng)應用型人才成為目前教育教學改革的趨勢[2]。因此,實驗課的教學內容應該更加結合臨床實際,除了基本的分子生物學技術,注重增加醫(yī)學應用和前沿的內容。
特別是從2012年起,國家對大學本科教育經費的投入大幅度增加,體現(xiàn)了國家對高等教育的高度重視。大幅度提高對教育的投入,對于醫(yī)學生來說,主要體現(xiàn)在對教學成本高的實驗課教學的重視和投入,理論課教學的成本畢竟相對較低。因此,對醫(yī)學院校本科生進行醫(yī)學分子生物學實驗課教學改革,加強分子醫(yī)學教學,全面推行醫(yī)學分子生物學實驗課教學改革的時機成熟、勢在必行。
3 我校醫(yī)學分子生物學實驗教學中存在的問題
瀘州醫(yī)學院是培養(yǎng)醫(yī)學本科生最大的省屬地方醫(yī)學院校之一。學?,F(xiàn)有17個二級院系,在校全日制本??茖W生、研究生、留學生15000余人(http:///html/xygk/xyjj/)。醫(yī)學基礎研究中心成立于1999年,通過十多年的發(fā)展,目前擁有多名高學歷、高職稱的專職教師、實驗技術人員及先進的實驗儀器和設備,建立了“醫(yī)學分子生物學”省高校重點實驗室,“腫瘤表觀遺傳學”省高校重點實驗室和“表觀遺傳與腫瘤”省醫(yī)學重點實驗室,形成了分子生物學、細胞生物學、腫瘤生物學、實驗動物模型、形態(tài)學等研究平臺,可開展蛋白質組學、基因組學與個體化醫(yī)藥、表觀遺傳學等方面多學科交叉的科學研究工作,是我校一個重要的開放性實驗中心,為醫(yī)學分子生物學實驗教學提供了強大的師資隊伍力量和科研技術支持,但在實驗教學過程中仍存在諸多問題。
首先,實驗教學課時不足。眾所周知,醫(yī)學院校學生由于專業(yè)的特殊性所學課程繁多,各門課程的課時非常有限,就我校檢驗專業(yè)本科生而言,醫(yī)學分子生物學理論教學36學時,實驗教學18學時,理論與實驗的比例為2∶1。由于課時安排不充分,許多實驗項目無法開展,導致學生與許多醫(yī)學分子生物學的經典實驗失之交臂。而教師為了完成教學任務,被迫加快教學進度,甚至為了節(jié)約時間,提前準備好實驗所用試劑,學生沒有親自動手的機會,無法真正達到實驗教學的效果。
其次,實驗教學經費緊張。醫(yī)學分子生物學實驗項目多,所涉及的知識面廣泛,許多儀器和試劑都十分昂貴,需要大量的資金投入[3]。本中心作為全院重要的科研平臺和人才培養(yǎng)基地,擁有許多先進的儀器和設備,如基因擴增儀、各種電泳系統(tǒng)、各種離心機、凝膠成像系統(tǒng)、流式細胞儀等,但數(shù)量有限僅用于日??蒲泄ぷ鞯拈_展,無法完全滿足實驗教學的需求,使得學生只能減少分組,不僅動手機會減少,而且實驗內容選擇也受到限制。
最后,傳統(tǒng)的教學模式影響了教學質量。長期以來,醫(yī)學分子生物學實驗教學模式都遵循著一個基本流程進行:教師簡單講解實驗目的和原理,學生按照實驗操作步驟進行實驗,學生觀察結果寫實驗報告。并且在實驗過程中,教師會提前將實驗結果告知學生,學生只需要驗證結果是否相符,完全沒有獨立思考的時間和空間,成了被動的接受者,時間一長,學生失去了學習的熱情,嚴重影響了教學質量。
4 檢驗醫(yī)學專業(yè)的醫(yī)學分子生物學實驗教學改革探索
實驗教學的設計思想是通過有限數(shù)目的實驗,加上實驗原理與方法導論的講授,使學生從實驗技能和實驗理論上能全面掌握醫(yī)學分子生物學的整體實驗體系、基本技術和方法。通過實驗教學改革,特別是設計性、探索性和綜合性實驗的開展,一方面加深了對理論知識的理解和掌握;另一方面培養(yǎng)了學生的動手能力,獨立分析問題和解決問題的能力,以及創(chuàng)造性思維的能力,從而為今后從事富于創(chuàng)造性的實際工作奠定良好的基礎[4~5]。
(1)實驗教材改革。
盡管實驗教學學時有限,開展的實驗項目較少,但為了讓學生能全面了解醫(yī)學分子生物學這門學科所涉及的各方面知識,本中心組織了一批有經驗的教師和實驗技術人員共同編寫了可供醫(yī)學本科生和研究生使用的《精編醫(yī)學分子生物學實驗指導》[2],全書共分五章四十余個具體的實驗操作。按照實驗目的、原理、儀器材料、步驟及注意事項等結構介紹每一項實驗技術。其內容大致分為五部分,包括基本分子生物學實驗技術、基因操作技術、基因診斷技術、表觀遺傳學和蛋白質分析技術、細胞培養(yǎng)與分析技術。該教材不僅保留了一些經典的實驗內容,如質粒DNA的提取,大腸桿菌感受態(tài)細胞的制備等外,新增了關于臨床基因診斷以及形態(tài)學與功能學的實驗內容。在具體實驗教學過程中,我們可以根據(jù)不同專業(yè),不同層次靈活教學。該實驗指導既有原理又有實驗結果,圖文并茂、簡潔精煉。同時附有醫(yī)學分子生物學實驗課程簡介和醫(yī)學分子生物學教學大綱。這樣,我們保證了實驗課教學內容的知識性、系統(tǒng)性和權威性。
(2)教學內容改革。
由于教學學時和實驗條件的限制,原有的教學內容僅開展了三個實驗項目,分別為動物外周血全血DNA的提取實驗、瓊脂糖凝膠電泳實驗和血清蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳實驗。這些實驗雖然是醫(yī)學分子生物學基礎及經典的實驗技術,重要性很強,但是它們之間相對獨立,關聯(lián)度不夠,缺乏實驗的連貫性和綜合性,且與臨床聯(lián)系不大,學生興趣缺乏。為了節(jié)約教學成本,實驗準備均由教師提前完成,學生只需提取樣品,最后電泳上樣,觀察實驗結果,完成實驗報告。因此,學生根本沒有充分的時間對整個實驗進行思考和探索,可能實驗做完,他們完全沒有理解這些實驗的目的和意義,只是照搬照抄,應敷了事,完全違背了設置實驗課的初衷,沒有達到鍛煉學生獨立思考,獨立操作的目的。
針對這些問題,為了培養(yǎng)學生的學習興趣,提高學生的動手能力和創(chuàng)新性思維,根據(jù)醫(yī)學檢驗專業(yè)的特點,我們創(chuàng)新性地重新設計了一個綜合性實驗――DNA指紋分析[2,6~8](見圖1),包括人外周血DNA的提取、分光光度法(Nanodrop法)測定DNA的濃度和純度、以所提取的DNA為模板進行PCR擴增D1S80短串聯(lián)重復序列、瓊脂糖凝膠及聚苯稀酰胺凝膠電泳、DNA染色(EB染色和銀染)、凝膠成像系統(tǒng)下觀察結果和照相,最后進行分析[2]。
同時將學生分為4人一組,每4個組為一個班,每個班由兩位教師負責。學生之間相互抽取血樣進行DNA的提取,所有實驗步驟均由學生獨立操作完成,教師只是從旁協(xié)助和指導,盡量爭取每位學生都有動手的機會。這樣改革的優(yōu)點在于,我們將研究對象由模式動物轉化為人類自己,從核酸技術以及基因工程技術兩條主線展開,并且選用了基因診斷中的一個重要內容―DNA指紋分析這個能引發(fā)學生興趣的內容,使得整個實驗過程更加貼近臨床實踐,更能促進學生的積極性和參與度。而且實驗具有連續(xù)性和系統(tǒng)性,使學生對實驗內容有了更深刻的認識,提高了學生的動手能力,鞏固了課堂教學所學的理論知識。
(3)教學方式改革。
我們摒棄了傳統(tǒng)的教學方式,不再是單一的教師講,學生聽的模式,而是結合PBL法、充分利用現(xiàn)代教學手段,巧妙運用計算機多媒體作為實驗教學的輔助工具,合理利用多媒體系統(tǒng)的音頻和視頻信息,在實驗課里將一些未開展的實驗項目自然生動的展現(xiàn)在學生面前,方便了學生學習,提高了學生的學習興趣,為學生今后的畢業(yè)實習及工作奠定良好的基礎。同時教師帶習學生數(shù)量相對減少,有更多時間與學生進行面對面交流和溝通,啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題,使學生由被動的接受者轉變?yōu)橹鲃訁⑴c者,培養(yǎng)學生的科研思維和創(chuàng)新能力。
(4)教學效果反饋。
為了了解實驗教學改革的效果,我們對參與實驗的同學進行了問卷調查(見表1)。調查表的內容主要涉及實驗開設是否具有創(chuàng)新性,是否能提高學生的學習興趣和動手能力,對學生今后的工作是否有幫助等等。調查結果顯示,實驗教學改革后,學生對醫(yī)學分子生物學這門課程有了更深的認識和理解,而且學習積極性明顯增加,對知識掌握更加具有完整性和系統(tǒng)性,達到了培養(yǎng)學生科研素質和創(chuàng)新思維、提高動手能力的目的。
5 結語
總之,經過醫(yī)學分子生物學實驗教學的改革,其實驗內容將理論基礎與臨床實踐完整地結合在一起,學生普遍反映教學效果良好,學習積極性明顯提高,實驗操作能力顯著增強。通過醫(yī)學分子生物學實驗教學激發(fā)了學生的潛在能力,培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維,為學生今后從事科學研究和臨床工作打下了堅實的基礎。適應社會發(fā)展需要,由培養(yǎng)單一臨床技能型人才向培養(yǎng)具有臨床科研和動手能力強的復合型人才轉變。但本次改革仍有不足之處,學生普遍反映實驗教學學時不夠,以及實驗教學經費不足,導致實驗項目相對較少。
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關鍵詞:分子生物學;實驗;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)30-0058-02
分子生物學這門學科具有發(fā)展速度快、對生物的生存及自身發(fā)展意義遠大等特點,是生命科學中最具影響力的學科之一,其研究領域也十分寬泛,包括核酸類、蛋白類等生物體中所有的大分子結構、表達、調控及其功能,將人們對生物體的認知水平由表觀提升到分子水平,其發(fā)展程度因現(xiàn)代科學的進步而變得越來越活躍。對于生命科學這門學科及相關專業(yè)的本科生而言,對分子生物學實驗技術的掌握及相關原理的熟練運用是必備的基本功,這也造就了分子生物學實驗課不同于其他生命學科實驗課的重要地位。
一、分子生物學實驗課程的重要性
隨著分子生物學在教學過程中的不斷推進,越來越多的教學實踐者意識到為了能夠引起學生們對這門課的足夠重視需要把實驗部分的教學內容從單純的理論教學中剔除出來,獨立形成一門課程,設置與之相匹配的學分。這種做法不僅能讓學生加固對理論知識的掌握,而且能讓學生接觸到更多的分子生物學實驗內容,從而鍛煉學生的實踐動手能力。相比之下,在原來理論教學囊括實驗教學的情況下,由于學分的限制及課時的約束,往往只能開設6個有代表性的演示實驗;而實驗教學脫離理論教學獨立成科之后,則可以2~3個“綜合性”實驗來牽頭,“綜合性”實驗又下設幾個“子”實驗組成完善的實驗課體系。這就為學生創(chuàng)造了更多的實際操作機會,加深學生對理論知識的理解,提高學生動手能力及分析解決問題的能力,為以后的科研實踐及專業(yè)課的學習奠定了基礎。
二、分子生物學實驗課程教學現(xiàn)狀
由于各學校的教學硬件設施不同及實驗課所具有的特殊性(周期性、成本大)等原因,一些較為重要的科研實驗不好與教學實驗相結合,實踐中的分子生物學實驗課存在著一些不足:教學形式過于單調,學生只能被動接收,不能發(fā)揮其積極性及主動性;驗證性實驗居多,實驗方式單一,很難培養(yǎng)學生創(chuàng)新性;實驗內容設計不夠合理,過于單一,不能形成一個完整體系,不利于學生綜合素質的提升。此外,分子生物學實驗課對實驗設備要求較高,實驗材料過于昂貴,導致好多很有必要的實驗不能順利開展。這種教學模式將嚴重阻礙教學質量的提升,改革是大勢所趨。
三、分子生物學實驗課程教學改革方法
1.完善實驗內容,對教材進行更新。分子生物學是一門升級換代較快的學科,其實驗內容及實驗操作技術也不斷在更新完善,急需將陳舊的內容剔除并建立周期性更新的機制。在教學實踐過程中有必要刪除一些過時的實驗技術,引進一些現(xiàn)在常用的實驗技術。對于新的實驗教材編寫原則應是:可以使學生在實驗操作中對基礎知識加深理解,提高動手能力,分析、解決問題的能力等綜合素質,可以讓學生了解當前分子生物學的發(fā)展趨勢及系統(tǒng)地學習分子生物學實驗技術原理及方法。
2.實驗準備工作要充分。分子生物學實驗是一門精致的學科,其對實驗條件如環(huán)境、儀器及材料等要求非常高,實驗儀器的操作不當及實驗試劑的略微偏差都可能導致實驗結構的失敗。對此,在進行實驗教學之前,教師的預先實驗是必不可少的。準備工作內容有:實驗材料的制備(耗材、試劑、生物材料),器皿的洗滌,試劑的配制,儀器的準備及檢查。通過預實驗,教師可以對實驗過程中可能出現(xiàn)的問題提前有所準備,并對實驗結果有所掌握。
3.完善實驗體系,開設綜合性實驗。與其他科目的基礎實驗有所不同,分子生物學實驗有周期長、緊密結合性、連貫性等特點,很難在2~3課時內完成。因此,對分子生物學實驗的課程設計要周密詳盡,建立完整的體系,集中在一個比較大的時間段來完成。結合我們的教學實踐,建議把分子實驗課安排在周五下午和星期六、日進行,這樣2~3天的時間能夠給學生足夠的時間完成一個較大的綜合性實驗,便于學生形成一個完整的實驗概念和對理論知識體系有一個深入的了解,并加深學生對實驗內容的印象,便于學生在短期內形成對分子生物學的實驗方法及技能的認知。對于實驗內容的編寫,我們強調實驗的完整性和條理性。如在基因工程部分將DNA重組技術為主線貫穿整個實驗。教材在實驗授課上的順序是以基因分離克隆,片段與載體的連接,載體選擇、酶切,質粒重組及轉化,重組子表達及鑒定等,以基因工程的內容為主線。這樣的實驗內容編排,不僅能將實驗內容更加豐富完整,而且整個實驗變得更加有調理,前后銜接緊密,彌補了傳統(tǒng)實驗安排中的不足,使學生在實踐過程中能對理論體系有更深的理解,增強了學生的動手能力及學習興趣,變被動接收為主動探究,提升了學生的綜合素質及創(chuàng)新思維。
4.豐富分子生物學的教學方式。對于傳統(tǒng)的分子生物學教學模式,其中針對實驗部分的內容、原理、方法一般都是教師通過文字語言對其進行描述,學生很難對其充分地理解和掌握,對于記憶也是死記硬背。若能將現(xiàn)代的多媒體設備廣泛地應用到實驗教學過程中,可以使較為難理解的知識變得更加具體和形象,便于學生更好地理解和掌握。為了配合實驗教學,我們初步建立了分子生物學二維虛擬仿真實驗室,以動畫的形式對實驗的原理和步驟進行展示。對于一些較為抽象和難理解的實驗,教師可以借助動畫演示來為學生講解,不僅可以讓學生更好地理解實驗內容,還能活躍課堂氣氛,豐富教學內容,激發(fā)學生的學習興趣,從而使得實驗教學效果得到有效的提高。
5.重視和培養(yǎng)學生的動手能力以及創(chuàng)新意識。通過實驗課程,可以很好地鍛煉學生的科研能力,并樹立良好的科研作風。然而,由于學生人數(shù)較多,使得實驗課程教學效果并不是很理想。為此,我們將學生分為多個小組,進行實驗教學,這樣可以很好地讓學生學習和掌握分子生物學的實驗原理和操作技能。
6.重視實驗過程,考核采取綜合成績評定。鑒于對以前分子生物實驗教學中所出現(xiàn)的問題進行分析和總結,我們將實驗教學的效果考核視為工作的重點。具體的考核內容包括:實驗態(tài)度、基本操作技巧、實驗報告、實驗綜合效果,其成績分為兩個部分:采用百分制,平時成績占70%,考試成績占30%。其中,平時成績的1/3,主要是對學生的上課出勤率和實驗課上表現(xiàn)進行考核,如果曠課一次,則對其提出警告;如果次數(shù)達到兩次以上,取消該生平時成績;此外,平時成績剩余的2/3是對學生所做的實驗操作和實驗報告兩部分進行考核,如果在實驗操作中出現(xiàn)失誤或者沒有得到實驗結果,該生可向指導教師提出申請,可以跟著下一個班重新做實驗,如果沒有重做的學生則沒有這部分相應的成績??荚嚨男问?,我們將根據(jù)課程特點將其分成操作考試和筆試兩個部分,均在所有教學實驗都結束之后再進行考試。其中,操作考試為學生在根據(jù)實驗指導教師提出的題目進行現(xiàn)場的實驗操作;筆試為實驗指導教師根據(jù)上課的實驗內容出一些實驗原理題。通過采用此種教學考核方式,不僅可以有效地控制實驗過程,還能轉變學生的實驗態(tài)度,督促其能夠認真仔細地完成每一個實驗,從而掌握相關的實驗技能。
分子生物學實驗的技能是學生必須要掌握的技能之一,為以后從事科研工作奠定實踐基礎?,F(xiàn)如今,無論是社會還是高校,都越來越重視對復合型人才的培養(yǎng),而我們所提出的這種實踐教育理念與當代高校培養(yǎng)各種人才的主題都是十分契合的。筆者還希望能夠通過對分子生物學實驗課程的教學改革,可以拋磚引玉,給本院校或者其他院校的相關實驗課程的教學改革提供一些參考。
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關鍵詞:分子生物學 雙語教學 全英型 中英混合型
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)04(b)-0172-02
隨著我國改革開放的不斷深入,既懂專業(yè)又通英語的人才需求越來越大,英語作為目前世界上最通用的語言,在國際政治、經濟貿易、文化、學術交流中廣泛使用英語。為應對這個時展對教育提出的新要求,為了更好地培養(yǎng)面向現(xiàn)代化、面向世界、面向未來的人才,教育部在《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》(教高[2001]4號)中的第八條專門談到了在高等學校推進雙語教學[1],該文件指出:“本科教育要創(chuàng)造條件使用英語等外語進行公共課和專業(yè)課教學。對高新技術領域的生物技術、信息技術等專業(yè),以及為適應我國加入WTO后需要的金融、法律等專業(yè),更要先行一步,力爭在3年內,外語教學課程達到所開課程的5%~10%。”2005年,教育部在《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》(教高[2005]1號)文件中,再次強調繼續(xù)深入進行雙語教學改革[2]。所謂雙語教學就是在一些非語言類課程教學中采用兩種語言進行教學的教學形式,在我國現(xiàn)階段的高等教育體系中,雙語教學實際上是指用漢語與英語交替進行的教學模式。
分子生物學是從分子水平研究生物大分子(核酸、蛋白質)的結構與功能從而闡明生命現(xiàn)象本質的科學。這是一門生物學和化學之間跨學科的研究,其研究領域涵蓋了遺傳學、生物化學和生物物理學等學科。自20世紀50年代以來,分子生物學成為生物學的前沿與生長點,分子生物學及其相關技術被世界各國列為重點發(fā)展的高新技術領域[3],因此,從研究內容、課程特點以及在生命科學中的地位來看,分子生物學顯然適合開展雙語教學。根據(jù)筆者參與生物技術專業(yè)分子生物學雙語教學工作的經驗,下面談談自己在雙語教學中積累的體會和認識。
1 《分子生物學》雙語教學的必要性和可行性
1.1 必要性
如上所述,雙語教學是我國高等教育國際化,應對經濟全球化和科技發(fā)展的挑戰(zhàn)、培養(yǎng)具有國際競爭力人才的必然要求。在《分子生物學》教學中采用雙語教學能夠讓學生掌握獲取最新分子生物學知識的能力,使學生在掌握學科前沿進展的同時,有效地提高他們實際應用英語的能力,便于學生能更有效地進行學術研究和國際交流。
1.2 可行性
《分子生物學》的語言表述和詞義相對比較固定,各種語言對它們的理解、診釋比較一致。實踐證明,雙語教育不僅在加拿大、新西蘭、美國等雙語國家或多語國家獲得了成功,而且在澳大利亞、日本、韓國等單語國家也獲得了成功。我國近10來年的實踐也有一些成功例子[4]。
1.3 《分子生物學》雙語教學的目標
《分子生物學》雙語教學目標是雙重的,英語語言目標與專業(yè)知識目標是辯證統(tǒng)一的,而不是對立的。筆者認為《分子生物學》雙語教學的目標,首先是以能力和素質培養(yǎng)為主,讓學生掌握分子生物學的基礎知識和基本研究方法;其次是培養(yǎng)學生培養(yǎng)學生自學,主動學習和自主解決問題的良好習慣和能力。學習國外先進的理念、思維方式和前沿的最新的科研成果;再次是讓學生學習專業(yè)知識的英文表述方式,培養(yǎng)他們在本專業(yè)領域進行國際學術交流的能力。
2 《分子生物學》雙語教學的體會
2.1 教材選擇
我們選擇了《Instant Notes in Molecular Biology》(第二版)及劉進元等翻譯的中文版作為教材,該教材是國外優(yōu)秀教材暢銷榜的上榜教材,其結構新穎、重點明確;圖表簡練便于記憶;英文語句自然、易懂,是提高專業(yè)外語水平的較好讀本,這兩本教材中英對照便于提高學生的學習效率。此外,我們還選用James D.Watson等編寫的《Molecular Biology of the Gene》(第六版)和朱玉賢主編的《現(xiàn)代分子生物學》中文教材作為參考教材。
2.2 教師
在教與學的矛盾中,教是矛盾的主要方面。選拔和培養(yǎng)合格的雙語教師,是雙語教學可持續(xù)發(fā)展的核心問題,雙語教師必須具備合格教師的基本素質,比如師德高尚、學業(yè)精湛對這門課程有充分的理解與掌握等等,此外還要具備較高的外語水平,才能在教學上靈活自如,因此從事雙語教學的教師在課前應該認真?zhèn)湔n,做好每堂課的教學組織計劃,不斷提高自身的學術水平,吃透課程所有的知識點。這樣才能在課堂上游刃有余。此外,由于雙語教學需要花費教師大量精力,部分教師不愿意參與雙語教學課程,為使雙語教學改革能夠順利進行,各學校應完善相應政策和激勵機制,重視選拔和培養(yǎng)合格的雙語教師。
2.3 學生
學生的外語水平和接受雙語教學的能力直接影響雙語教學實施的效果,一個教學過程是教師和學生共同完成的,要使教學有成效,除了教師努力,還離不開學生的積極參與,否則很難保證教學活動的順利進行。學生能否在雙語課堂學到東西,直接影響其參與雙語教學的熱情。反過來學生參與熱情的高低,也必將會影響雙語教師的教學積極性。面對不同的教學對象,因材施教才能收到良好的教學效果。由于大學生已經是一個比較有自己思想的群體,不少雙語教學模式還提倡要充分發(fā)揮學生學習主體的作用,讓學生自主學習[5]。
2.4 教學組織
2.4.1 教學模式
盧維奇把雙語教學模式分成四個等級:(1)超高級,即全英型,采用英文教材,教學過程全部在英語環(huán)境中進行;(2)高級,即中英混合型,以英文講授為主,輔以中文,使用英文原版教材為主;(3)中級,即半英型,以中文講授為主,穿插英語教學;(4)初級,即術語引導型,專業(yè)術語和章節(jié)標題用英文板書,其他內容用中文講授[6]。有時人們錯誤地認為授課過程中英文講授的比例越高越好。比如教學剛開始時學生的聽說能力較差,如果教師一開始就用全英文講授,學生會因聽不懂而產生厭學情緒,使教學效果大打折扣。因此,首先我們應該摸清學生的實際英語水平,據(jù)此來確定初期中英文講授的適宜比例,然后隨著教學時間推移,視學生的學習情況再逐步加大英文講授比例。我們在一學期的教學過程中根據(jù)學生學習情況和課堂教學內容的難易程度,主要采用了中英混合型及半英型兩種教學模式。
2.4.2 重視安排預習與復習
分子生物學因比較抽象被學生認為是較為難學的一門課程,為了提高雙語教學的效果,我們會將精心制作的PPT提前轉發(fā)給學生,每次課后,在安排下一節(jié)課的教學內容和學習任務時,要求學生課后復習已學的知識點并預習相應的中文和英文內容,將整理的新內容中會涉及到的專業(yè)英語詞匯發(fā)給學生,上網查詢相關資料,充分發(fā)揮學生在學習中的主體作用。每次課前都會以提問討論的形式,檢查復習和預習的效果,這樣還可了解學生預習時遇到的難點并有針對性的調整教學內容。
2.4.3 課堂活動的組織
在教學過程中,我們根據(jù)學習內容,組織學生進行小組討論、論文閱讀討論,針對知識點的Presentation等課堂活動,小組討論主要討論學生學習過程中遇到的難點和教師點出的重要知識點,論文閱讀討論的是閱讀論文的收獲及教師針對論文提出的一些問題,針對知識點的Presentation是安排學生以3~5人為一個小組,針對教師列出的一些知識點選擇感興趣的內容在課堂上的演講,讓學生自己當老師,發(fā)揮學生作為學習主體的能動性,教師從中也可以換位思考,了解學生學習過程中的一些思維方式,改進教學方法。
2.4.4 教學工具的運用
由于實際教學學時的限制和分子生物學內容的繁多,我們應用豐富的網絡資源,參考國外多種原版教科書及電子圖書,非常系統(tǒng)地制作了全部教學內容的多媒體課件和模擬動畫等。制作的多媒體課件信息量大、形象生動,教學內容盡可能包含分子生物學教學大綱所有知識點,并根據(jù)自己的科研及查閱最新文獻的情況將分子生物學相關的前沿知識融合在其中。這些課件提高了教學效率,提高了課時利用率,解決了內容多而課時少的矛盾。在教學過程中還輔以參觀分子生物學實驗室和動手實驗等多種方式,從而激發(fā)學生學習分子生物學的主動性和積極性。
2.5 采用多種方式考核雙語教學效果
我們一致認為分子生物學雙語教學最重要的目的是教會學生如何主動學習,形成自己的知識體系,因此在學生學習成績的考核方面,我們采用多元化的考核方式,注重能力培養(yǎng),考核中平時成績占10%,小組討論10%,論文閱讀討論占10%,聽學術報告匯報5%,Presentation占15%,期末考試占50%,期末試題命題中英文形式的命題考試占50%~80%,考慮到學生英語表達及寫作能力有限沒有要求學生只能用英文進行回答,但是對用英文回答的學生適當加分給予鼓勵。
3 結語
雙語教學是我國高校教學改革的重要內容,是高校應對經濟全球化和科技發(fā)展的挑戰(zhàn)、適應現(xiàn)代社會發(fā)展的需要的需要,也是貫徹科教興國戰(zhàn)略和建設創(chuàng)新型國家、培養(yǎng)具有國際競爭力的高素質人才的客觀需求。因此,高校、高校教師、大學生應該從戰(zhàn)略的高度來認識雙語教學改革的重要性。這項教學改革,高校必須有全面長期的規(guī)劃,建立完善各項政策和激勵機制,教師積極參與,探索更好的教學模式和方法,努力成為合格的雙語教師,學生克服畏難心理,主動參與到這項對自身有利的教學改革中。
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關鍵詞:分子生物學 基因工程 營養(yǎng)學
一、正文
1.引言
分子生物學取得了飛躍性的發(fā)展,形成了以基因工程為主要內容的現(xiàn)代分子生物學技術在生物學、醫(yī)學等研究中得到廣泛的應用,就目前來看,我國動物營養(yǎng)學方面的研究工作基本尚處在機體水平。分子水平方面的研究還剛剛起步,尚處于初級階段。動物機體的生理病理變化,如生長發(fā)育、新陳代謝、遺傳變異、免疫與疾病等,就本質而言,都是動物基因的表達調控發(fā)生了改變的結果,許多生理現(xiàn)象的徹底闡明,最終需要在基因水平上進行解釋,所以動物營養(yǎng)學的各方面研究應與分子生物學技術,尤其是基因工程技術相結合,從分子水平上來解釋各種營養(yǎng)素對機體的作用機制、動物機體的生理病理變化等問題,這也是動物營養(yǎng)學今后發(fā)展的必然趨勢之一。
2.分子生物學在動物營養(yǎng)學的應用
2.1 營養(yǎng)與基因的表達調控
營養(yǎng)與動物基因表達調控的研究已成為當今動物營養(yǎng)學研究的一個熱點領域;如何通過改變日糧組成成分來調節(jié)體內相關基因的表達,從而使動物體處于最佳生長狀況已成為現(xiàn)代動物營養(yǎng)學研究的重點;通過營養(yǎng)對動物基因表達的調控途徑及其機制的研究,將為人們如何更加有效地對某些特定有益基因的表達提供理論依據(jù)。已有大量證據(jù)表明,主要的營養(yǎng)物質如糖、脂肪酸、氨基酸以及一些微量元素(如鋅)對動物體內許多基因的表達都有影響。
2.2 微量元素對基因表達的調控
2.2.1鋅對基因表達的調控
鋅作為動物體的一種必需微量元素,具有增強機體免疫功能、促進細胞增值分化、參與核酸蛋白質代謝、維持細胞周期正常進行等生物學功能。上述作用以前曾被認為主要是由于含鋅酶活性的改變以及對細胞信號傳導系統(tǒng)產生影響的結果,但近年來的研究表明,事實并不如此,鋅主要是通過對基因的轉錄和表達的影響而產生一系列的生物學效應。研究認為,鋅離子是1’2聚合酶的一個重要組成成分,鋅對于維持1’2聚合酶的活性具有相當?shù)闹匾?;另外鋅通過影響1’2聚合酶活性及轉錄因子的作用,能夠導致基因轉錄異常,從而使蛋白質表達也發(fā)生變化;還有飼料中鋅的含量,可以通過影響金屬調節(jié)蛋白的轉錄活性而影響金屬硫蛋白基因的表達。
2.2.2其他微量元素對基因表達的調控
鎘、銅、汞等元素的增加將顯著提高基因的表達量。研究表明高銅將顯著提高體內EH基因的表達水平。鐵可以通過控制1’2的穩(wěn)定性和翻譯過程,調節(jié)鐵蛋白的水平。
2.3基因工程技術
所謂基因工程,就是按照人們的意愿在體外獲得目的基因,再按預先的設計,在體外將目的基因進行酶切連接,構建成適當?shù)谋磉_裁體,然后導入細菌或動物細胞或機體內,以研究該目的基因的結構與功能、表達的調控機制、或者獲得該基因的表達產物。分子生物學技術的核心就是基因工程,而基因克隆和表達是基因工程的核心技術。
2.4抗菌肽基因工程
自從首次從美國惜古比天蠶中成功地分離到兩種抗菌肽蠶素后,國內外很多科學家對這一類抗菌肽進行了深入細致的研究,發(fā)現(xiàn)在許多昆蟲、植物、哺乳動物中均有這樣的多肽存在,它們由多個氨基酸殘基組成,不同來源的多肽的氨基酸序列具有較強的保守性。其抗菌機制大致如下:抗菌肽作用于細菌的細胞膜,破壞膜的完整性,造成離子通道,最終導致細胞內含物的泄漏。由于抗菌肽具有廣譜殺菌作用、相對分子量較小、熱穩(wěn)定、水溶性好等優(yōu)點,更為重要的是抗菌肽對真核細胞幾乎沒有作用,僅僅作用于原核細胞和發(fā)生病變的真核細胞,在目前不少病原菌對原有抗生素逐步產生耐藥性,尤其是肉用動物長期使用抗生素受到嚴格檢查和批評時,對畜禽體內自然產生的抗菌肽功能的了解以及設計一種方法來調節(jié)動物體內自然抗菌肽的功能便顯得極為重要。[2]其中通過抗菌肽基因的克隆與表達而大量生產抗菌肽是一種較為直接而有效的方法。
2.5轉基因技術
轉基因技術是指用實驗手段,將外源基因導入動物細胞或動物受精卵中,由此穩(wěn)定整合到動物基因組,并能遺傳給子代。目前常用的轉基因技術主要有:顯微注射法;胚胎多能干細胞蟲;裁體法;反轉錄病毒載體法以及電轉移技術等等,其中顯微注射法是最常用、最有效的基因導入技術。[1]目前培育成功的轉基因動物絕大部分是采用該方法獲得的。最早的轉基因動物是將皰疹病毒基因與BCDE早期啟動子聯(lián)在一起,用顯微注射法導入小鼠受精卵獲得的轉基因小鼠。
隨著社會發(fā)展和經濟結構的調整,社會對學校人才培養(yǎng)提出了更高的要求。培養(yǎng)具有較強的動手能力、思維能力以及創(chuàng)新能力的人才能夠適應當前新形勢的需要。在這種新形勢下,綜合性實驗在高校人才培養(yǎng)過程中的作用越來越突出。所謂綜合性實驗,是指在學生對實驗相關的基本理論有一定的了解、掌握一定的基本實驗操作和技能的基礎上,運用課程及實驗相關原理的綜合知識,對學生進行綜合性訓練的實驗課程。與常規(guī)的實驗課程比較,綜合性實驗難度更大。在常規(guī)的實驗課教學過程中,學生只須按部就班地根據(jù)老師的指導完成實驗。而在綜合性實驗中,學生是整個實驗的主體,不僅需要運用所學的知識對實驗方案進行設計,還需要獨立完成實驗樣品的準備、實驗試劑的配置、實驗條件的優(yōu)化,此外,對實驗中出現(xiàn)的問題,學生要設法提出解決方案。因此,綜合性實驗能夠充分挖掘學生的潛能,對培養(yǎng)學生獨立思考能力、實驗動手能力以及解決實際問題的能力具有重要的意義[2,3]。作為醫(yī)學生物技術的一門核心課程-分子生物學實驗也必然要向綜合性、設計性的方向進行改革。這樣才能更好地適應新形勢下對醫(yī)學生物技術專業(yè)人才的培養(yǎng)要求。
2醫(yī)學生物技術分子生物學綜合性實驗課的設計要求
2.1綜合性分子生物學實驗課程設置應當充分體現(xiàn)綜合性、設計性、創(chuàng)新性綜合性實驗不是將幾門課程的實驗內容或是一門課程的幾個章節(jié)的內容簡單組合在一起,而是強調學生對知識的綜合和對實驗過程的設計。學生要能夠運用所學知識,對實驗的各個環(huán)節(jié)進行控制和優(yōu)化,從而獲取最大的知識量和最好的實驗效果[3]。分子生物學實驗課程涵蓋生物化學、遺傳學、基因工程等多學科的理論知識。在實驗過程中,每個環(huán)節(jié)都需要學生充分運用所學的知識進行實驗過程設計。如在PCR實驗過程中學生需要考慮“采用何種方式獲取目的片段、PCR的反應體系和反應參數(shù)如何進行優(yōu)化、如何對結果進行評估”,在蛋白純化階段,學生需要考慮“哪些因素可能會影響到蛋白質生物學活性、如何優(yōu)化純化條件使蛋白得率最高”。2.2綜合性分子生物學實驗課程的設置應當強調學生的主體地位圍繞新形勢下醫(yī)學生物技術人才培養(yǎng)的基本目標,綜合性實驗課程的設置要注重培養(yǎng)學生的綜合素質。傳統(tǒng)的實驗課程通常是老師先講授原理和基本操作要點,然后由學生動手進行實驗。由于缺乏主動思考的過程,學生對于知識點的理解是膚淺的,不能做到融會貫通。而與傳統(tǒng)的實驗課程相比,綜合性實驗特別強調學生的主體地位[4]。在分子生物學實驗具體實施過程中,從實驗對象的確立、實驗方案的選擇、實驗試劑得配置到實驗結果的評估都需要學生主動參與。學生需要自己選擇用于表達的重組蛋白,在實驗過程中需要獨立完成引物的設計,蛋白表達方案的優(yōu)化、純化路線的選擇等。2.3綜合性分子生物學實驗課程應當有針對性,難易適當由于涉及到比較多的理論知識和實驗操作內容,學生在綜合性實驗的具體過程中會碰到很多問題,導致其積極性不高。因此,在課程設置時,需要充分考慮學生現(xiàn)有的知識體系和知識框架,做到難易適當。我校醫(yī)學生物技術專業(yè)分子生物學實驗課程一般在大三時開設。根據(jù)學生現(xiàn)階段對分子生物學和基因工程知識點的掌握,本課程在實驗內容上宜選擇以“分、切、接、轉、篩”為體系的DNA重組技術作為核心內容,在實驗對象上選擇與醫(yī)學密切相關的重組藥物蛋白作為研究對象,在載體和菌株方面選擇容易操作的質粒和大腸桿菌作為研究對象。
3醫(yī)學生物技術分子生物學綜合性實驗課程的設計內容
關鍵詞:教學模式;研究生;分子生物學
以團隊為基礎的教學(Team Based Learning,TBL)是在以問題為基礎的教學(Problem-Based Learning,PBL)的基礎上提出的一種新的教學方法。TBL以一個小型組織化的學習環(huán)境為條件,以引導學生自主探究、合作學習為抓手,以教師的有效教學和管理方式為手段,以提高學生的學習能力和綜合素質為目標的一種學習模式[1]。高曉秋等[2]首次將TBL應用到西醫(yī)外科學教學中。穆攀偉等[3]認為TBL教學適于現(xiàn)代醫(yī)學教學的要求,值得在醫(yī)學教育中引入和推廣。宋京等[4]評價了TBL教學對醫(yī)學生學習效果的影響,發(fā)現(xiàn)TBL教學對醫(yī)學生學習有促進作用。作者在2014級研究生分子生物學教學中采用TBL教學進行了一些探討,獲得了一些體會,現(xiàn)總結如下。
1構建教學資源庫
TBL教學模式是在PBL基礎之上的以團隊為基礎的教學,是學生自我學習和團隊合作為主導的教學模式。教師根據(jù)教學大綱安排教學內容,設計教學問題,學生根據(jù)教師設計的問題查閱資料和文獻,尋求問題的答案。這就需要構建強大的學習資源庫。鑒于研究生已經接觸過一些分子生物學知識,我們沒有選擇一般的分子生物學教科書作為教材,而使用羅建紅主編、科學出版社出版的《醫(yī)學分子分子細胞生物學:研究策略與技術原理》作為教材,以學校圖書館提供的文本資料如中英文紙質教材和電子資源如中英文電子書與中英文文獻數(shù)據(jù)庫以及常用的分子生物學網站和精品課程網站鏈接作為學生學習的資料庫,便于學生查閱和使用,全面培養(yǎng)學生的自學能力。
2設計教學主題
TBL教學需要學生具備分子生物學的一些基礎理論知識,這樣才有利于學生利用所掌握的知識去獲取更多深層次的知識,學會運用這些知識去探索和解決分子生物學領域中的實際問題。根據(jù)研究生的分子生物學基礎,設計八個主題進行TBL 教學,包括基因組學、基因克隆及表達技術、真核生物基因轉錄起始調控研究、非編碼小RNA、蛋白質組學、動物基因修飾技術、腫瘤生物標志物的篩選策略、分子藥物靶點的研究,結合教學主題設計教學內容和問題,保證教學的有序開展。
3教學的組織和實施
結合研究生的學習基礎和專業(yè)將研究生分成8~10人為單元的學習小組,設組長一名。教師根據(jù)教學內容提前一周發(fā)放預習提綱和問題,組長根據(jù)組員特長對預習提綱和問題進行分工,各自自主學習,組長定期組織討論,并各自寫出讀書報告。課堂教學中,學生先完成個人測試,教師再提出問題,由小組團隊共同討論完成,教師不直接提供答案。討論完成后再發(fā)放測試卷,由教師評分,記錄成績。課堂結束前,教師總結學習情況和存在的問題,糾正錯誤的觀念,補充學習的不足。
4教學評估
教學評估包括教師對教學效果的評估和學生對TBL教學模式的評估。教學效果的評估用期末測試來評估,學生評價采用問卷調查的形式進行。期末測試為閉卷考試,總分為100分。94名同學的平均成績?yōu)椋?9.60±9.64)分,達到了教學的基本要求。學生問卷調查的結果見表1。由表1可知,TBL教學對增加習興趣和加深知識掌握的效果一般,但對培養(yǎng)綜合分析能力和自學能力、提高語言表達能力、促進學科間交流、加強師生間交流的效果好,提示TBL教學對培養(yǎng)學生的自學能力和創(chuàng)新思維是有效的。
5教學反思
分子生物學是我校醫(yī)學研究生的公共必修課。學生來源于基礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學、預防醫(yī)學和護理學的各專業(yè),均完成了全部本科醫(yī)學課程的學習,并經歷了臨床實習甚至臨床工作,有一定的知識儲備和工作閱歷,開展交流和討論,可相互取長補短,實現(xiàn)教學相長[5]。通過師生的共同努力,取得了較好的效果。但其中還存在諸多的不足,需要我們改進和提高。首先,由于教師隊伍經驗不足,個別主題、問題和測試題選擇欠科學;有必要加強知識儲備,選擇更合理的主題,提出合理的觀點和思考題。其次,由于專業(yè)背景不同,就業(yè)方向不同,導致不同學生對分子生物學的感興趣度也不一;部分學生學習目的不明確,對分子生物學重視程度低,對獲取新知識的欲望不強,不喜歡合作學習討論,參與的交流討論少,還是依賴于老師的講解和指導,以致學習效果不佳。在今后的教學中,教師應精心解讀教材,熟練掌握教學內容,有的放矢地開展TBL教學,并適當補充傳統(tǒng)的講授式教學,保證教學質量的提高。另外,要在教學中強調課程學習的重要性,強化分子生物學在醫(yī)學中的基礎性地位,制作動畫演示重要技術,增強內容的真實感,從而提高學生的學習興趣,增強學生學習的主動性。相信隨著TBL教學在分子生物學教學中的有序開展,通過老師們的不懈努力,該課程的教學質量將會不斷得到提高。
總之,分子生物學是整個醫(yī)學科學的基石,也是整個基礎醫(yī)學的前沿。張海波等[6]探討了TBL教學法在實驗教學中應當注意的問題,證實TBL教學法是醫(yī)學分子生物學實驗教學課程中值得推廣的教學模式之一。TBL 教學能增強學生自主學習的能力,提高學生學習的積極性和主動性,培養(yǎng)學生的團隊合作精神和科學思維能力[7]。本文通過在分子生物學課程中開展TBL教學,初步建立了分子生物學的TBL教學體系,積累了教學經驗,學生的自學能力、綜合分析能力、語言表達能力、交流能力和團隊精神都得到了提高。但課程的教學改革任重道遠,只要有一支高素質的教師隊伍,認真開展多種形式的課堂教學,創(chuàng)新教學內容,注重學生基本理論和基本技能的培養(yǎng),不斷提高教學質量,相信能培養(yǎng)出具備堅實基礎的復合型高級醫(yī)學人才。
參考文獻:
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[關鍵詞]分子生物學 網絡 建構主義 探究式課堂教學
[中圖分類號] G642.421 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2013)19-0063-03
隨著網絡技術的迅猛發(fā)展,當今世界已經進入了以信息技術為標志的知識經濟時代。知識的獲取來自教育,現(xiàn)在信息傳播的主要途徑是網絡。教育與網絡是現(xiàn)代知識經濟的兩大重要組成要素。把網絡技術應用于教育領域,必將使教育教學發(fā)生新的變革。[1]如何在具體教學活動中合理利用網絡資源,也成為當前教學研究的熱點之一。
現(xiàn)在,對網絡環(huán)境下的教學研究主要集中在如何建設學校的網絡硬件環(huán)境、如何利用網絡實現(xiàn)與學生的即時交流和教學互動、如何建立專業(yè)教學網站并將其應用于教學方面等。這些教學研究工作是重要的和必須的。目前,多數(shù)高等學校的網絡教學硬件條件日臻完善,網絡上的教學資源得到了極大的豐富,但也出現(xiàn)了大量內容重復的教學網站,這無疑造成了教育資源的很大浪費。廣大教學第一線的教師目前面臨的主要問題是如何把現(xiàn)有的網絡資源應用于教學中?;谶@個前提,現(xiàn)把我們合理利用網絡進行《分子生物學》課程教學的實踐總結成文,與同行商榷。
一、網絡對現(xiàn)代教學的影響分析
(一)網絡對教學的積極影響
在傳統(tǒng)教學中教師是中心,占主體地位,學生被迫學習?,F(xiàn)代信息技術的發(fā)展給我們提供了時間和空間上的諸多便利,互聯(lián)網的發(fā)展打破了傳統(tǒng)的封閉式課堂教學模式。網上有一些優(yōu)秀教師的講課視頻、圖像和文字及他們的豐富的教學經驗和見解,讓學生可以在課外去參考這些網上資料,補充和完善自己的知識。教師可利用網絡,將教學延伸到課堂之外。另外,教師還可以通過網絡與學生進行互動交流。[2]
1.網絡對教學的消極影響
網絡是進行教學的一種現(xiàn)代工具,具有開放性,方便交流和合作。但網絡又是一把雙刃劍,使用不當就很容易誤傷。首先,海量的網絡信息存在多而雜的特點,存在大量片面的、不完整的甚至是錯誤的信息。這就要求教師必須起到引導作用,引導學生正確使用網絡上的專業(yè)信息。教師應該科學合理地對待網絡,不能盲目崇拜,要善于準確有效地應用網絡組織教學。[3]
2.網絡對教與學的影響
“師者,所以傳道授業(yè)解惑也”是古代對教師的一種定義。在網絡社會中,所有有能力、有經驗的人都可以通過網絡展示自己的技能、經驗,成為一名施教者。知識總量的迅猛增長也迫使人們必須去學習更多新的知識,而傳統(tǒng)的學校教育則無法滿足人們的學習需求。網絡的出現(xiàn),使越來越多的人加入學習的隊伍,他們一邊工作,一邊通過網絡學習自己所需的知識,他們既是學習者同時也是施教者。根據(jù)中國社會科學院2011年《社會藍皮書》的統(tǒng)計,截至2010年6月30日,中國的網民已經達到4.2億人,互聯(lián)網普及率達31.8%,超過世界平均水平。上網條件的便利使得人們樂于在網絡中獲取知識,享受學習所帶來的樂趣。網絡環(huán)境下的施教者和受教者已由學校擴展到全社會,所有社會人都可以利用網絡學習知識并傳播、傳授知識,網絡環(huán)境下的師生關系由傳統(tǒng)的一個對多個變成了多邊互利的關系,師生的界限也變得越來越模糊。
3.網絡與課堂教學
課堂教學是高校教學的基本組織形式,是“教育者把年齡和知識程度相同或相近的學生,編成固定人數(shù)的班級集體,按各門學科教學大綱規(guī)定的內容,組織教材和選擇適當?shù)慕虒W方法,并根據(jù)固定的時間表,向全班學生進行授課的教學組織形式,也稱班級授課制”。[4]盡管有報道稱“亞洲各國(主要是中國和印度)政府因為認識到創(chuàng)新教育的重要性,正在改變集中地教學課程和改革教學組織形式”,[5]但班級授課制仍然是我國高校最主要的教學組織形式。
將豐富的網絡資源與課堂教學相結合,為學生在教師指導下的自主學習提供了各種有利的學習環(huán)境。計算機虛擬實驗可以部分地彌補課堂教學的不足,網絡互動也使課堂教學時間能被更加有效地利用。在此方面已經有較多的教學改革實踐和研究成果。
二、網絡環(huán)境下分子生物學教學實踐
(一) 探究式教學模式是分子生物學實驗教學改革的指導思想
探究式教學模式的教學理論是布魯納(Jerome Seymour Bruner)倡導的,布魯納主張采用“探究學習”,即主張學生自己去發(fā)現(xiàn)教材結構。[6]“探究法教學基于建構主義,相信只要透過學生之間的互動討論及探索,無須老師太多的干預及控制”。[7]探究式實驗教學模式改變了以教師為中心的傳統(tǒng)實驗教學,學生成為實驗教學的主體,促使其由被動接受知識的學習變?yōu)橹鲃拥奶剿餍詫W習,培養(yǎng)了學生運用所學知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的綜合能力,嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和勇于探索的科學精神。有文獻報道,“對中國學生,探究式教學較之于直接講授教學對提升學生的批判性思維能力更有效”。[8]現(xiàn)在,在國內高校有越來越多的教師嘗試在教學中使用探究式學習教學方法。我們在分子生物學教學實踐中把這種科學的探究式教學模式作為指導思想。
(二) 網絡環(huán)境下探究式分子生物學課堂教學組織策略
分子生物學是高等院校生物工程專業(yè)開設的重要專業(yè)課程之一。如何為學生構建脈絡清晰、系統(tǒng)性強的分子生物學知識體系,同時培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維,已經成為培養(yǎng)生命科學創(chuàng)新型人才的關鍵。本文設計一種基于網絡環(huán)境的探究式分子生物學課堂教學模式,目的是在分子生物學課程教學過程中合理利用網路資源,培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維,使學生在整個課程學習過程中,將學習學科知識與提高創(chuàng)造性思維能力結合在一起。
1. 建立師生平等的民主教學氛圍
傳統(tǒng)的課堂教學一直把教師看做是知識的權威和真理的化身、 學生學習結果的裁判員。在這樣的課堂學習氛圍中,學生學習處于一種被動的狀態(tài);學生視學習為負擔,缺乏創(chuàng)新欲望。我們知道創(chuàng)造性思維來自于民主、平等、寬容、和諧的環(huán)境和氛圍。著名教育家陶行知先生說過:“創(chuàng)造力最能發(fā)揮的條件是民主,只有民主才能解放最大多數(shù)人的創(chuàng)造力, 并且使大多數(shù)人之創(chuàng)造力發(fā)揮到最高峰。”因此營造學生勇于表達, 師生間、同學間相互尊重和接納的熱烈課堂教學氣氛是創(chuàng)造性思維教學的起點。在這方面已經有了初步的嘗試,關于課堂的民主教學氛圍的重要性和營造方法已有多篇文獻見諸報道。
2. 依據(jù)教學內容,合理運用不同教學方法,合理利用網絡環(huán)境
建構主義強調讓學生探索及體驗,在各國的教育改革中備受重視,但這種方法往往忽視知識結構。用問題探究法時,學生必須有足夠的基礎知識儲備,這樣才能夠從探索活動中獲益?,F(xiàn)代教學模式有很多種, 常見的如啟發(fā)發(fā)現(xiàn)法、類比研究法、探究法、自學輔導法、目標掌握法等多種方法;而真實的日常教學必然是多種教學法的混合體。根據(jù)不同的教學內容,合理應用教學方法,將探究式學習自然滲透到課堂教學中,是目前班級授課制下最合理有效的方式。
對于理論課程的基本知識教學,主要目的是讓學生掌握學科基本知識和基礎理論,這時宜采用改進的傳統(tǒng)模式進行教學。教師提前布置學生根據(jù)教學指導進行預習的任務,讓學生通過網絡進行調查研究,熟悉教學內容。在這個環(huán)節(jié),教師在布置任務時要注意時間的提前量,通常在每次上課結束時布置下一次上課教學內容的網絡調研任務。網絡上的分子生物學相關內容非常豐富,與本科階段的實驗內容相關的文字、視頻及圖片幾乎都可以在網絡上查到,這為我們利用網絡的相關知識來進行教學提供了極大的便利。通過網絡對相關知識的查詢,可以有效地利用網絡的現(xiàn)有資源。課上以講重點、難點為主,循序漸進地進行系統(tǒng)講解。教學中將探究式學習合理穿插于講授法之中,在教授知識的同時,培養(yǎng)學生思維的邏輯性、流暢性和對事物深入分析的意識。在教學過程中,以講解學科中重大科學理論發(fā)現(xiàn)為契機,設置問題情境,帶領學生進行思維的“時空穿越”,教育學生合理把握科學發(fā)展趨勢,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力,進而激發(fā)他們探究的強烈愿望。在講解學習內容時,先就已經學過的知識,介紹相關知識被發(fā)現(xiàn)年代的研究形勢,那時人們已經知道哪些,在這種形勢下,如果你“穿越”成為一個生活在那個年代的科學研究工作者,你對什么感興趣,你如何確定你的研究課題,你會必然性地思考這個問題嗎?通過這些設問培養(yǎng)學生對科學發(fā)展趨勢把握的敏感度。
發(fā)起討論也是重要的探究式教學方式。在教學中,教師可以通過發(fā)起對分子生物學重大發(fā)現(xiàn)的成功原因的分析討論,來培養(yǎng)學生的批判性思維?!案咚刭|的教育必須包括指導學生學習批判性思考”。網絡為教學的協(xié)作與會話提供了另一種選擇,網絡討論也突破了時間和空間的限制,可以將討論延伸到課堂教學以外。為了方便學生的討論,教師可以在教學網站上建立班級的BBS供學生討論用。如果教師因網絡知識或硬件條件所限無法建立專用的BBS,也可以申請各大網站提供的微博作為班級的討論空間,讓每個學生都可以看到別人的意見。在學生討論環(huán)節(jié),教師的參與非常重要。教師在討論中要扮演參與者與引導者的角色,作為學生建構意義上的幫助者與促進者。教師在備課時要充分調研網絡上的專業(yè)信息內容,在討論時及時推薦給學生;同時學生也可以將在網絡上找到的有用的信息及時反饋給教師。在這個相互交換信息的過程中,教師的教學資源得到了進一步的補充和豐富,積累的這些教學資源,又能應用于以后的教學,教學相長。
三、展望與反思
分子生物學教學改革的效果通過我們對學生的考查結果來看,學生的思考能力、收集處理信息的能力、科學探索精神和知識整合能力、科學思維能力、實驗設計能力以及發(fā)現(xiàn)問題的能力、分析和解決問題的能力、課外自學的能力、總結歸納能力都有所提高。但對如何提高個別學生網絡討論的參與度還需要進行研究。
[ 參 考 文 獻 ]
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關鍵詞:綠色革命;農學;專業(yè)設置
中圖分類號:S-1 文獻標識碼:A 文章編號:1674-0432(2011)-08-0264-2
我國有13億多人口,是糧食生產與消費大國。中央政府連續(xù)提出農業(yè)問題是中國的根本問題,是保持國民經濟持續(xù)快速協(xié)調健康發(fā)展的必然要求,是實現(xiàn)全面建設小康社會宏偉目標的必然要求,是維護社會穩(wěn)定和國家長治久安的必然要求。中國的糧食狀況如何?中國的糧食生產潛力有多大?中國人民能不能養(yǎng)活自己?這是政府和社會普遍關心的三大問題。而解決這些疑問的關鍵在于農業(yè)科學的發(fā)展,在于農業(yè)現(xiàn)代化的最終實現(xiàn)。各大高等院校與農業(yè)研究院對人才后備力量的培養(yǎng)是實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化的根本保障。因此農學專業(yè)學生的專業(yè)設置科學與否?結構是否合理和重點學科是否突出支撐學科是否完善等等都是十分嚴肅而又重要的研究課題。
本文并未考慮綠色革命帶來的政治問題,僅以綠色革命帶來的科技進步為基礎,以近現(xiàn)代世界農業(yè)發(fā)展的主要矛盾問題為啟發(fā),淺議農學專業(yè)設置,并為科學的學科建設提供理論依據(jù)。
1 綠色革命
自人類社會誕生以來,農業(yè)和糧食問題就始終影響著全人類的文明進程。歷史上各個時期的人們都被糧食和人口的問題困擾,18世紀中期,馬爾薩斯在其代表作《人口原則》和《政治經濟學原理》中提出了著名“馬爾薩斯人口論”――人類必須控制人口的增長。否則,貧窮是人類不可改變的命運。悲觀的馬爾薩斯認為人口的增長速度遠遠超過糧食的增產,貧窮和饑餓是人類不可改變的命運。但回到21世紀往回看,馬爾薩斯的憂慮并沒有變成現(xiàn)實。而致使馬爾薩斯人口論出現(xiàn)偏差的原因就是――綠色革命。
綠色革命是于20世紀中葉,洛克菲勒基金會發(fā)起,國際農業(yè)發(fā)展組織廣泛參與的西方國家大規(guī)模投資農業(yè)科學研究,導致農業(yè)產量戲劇性的突破?,F(xiàn)代化種植模式、農業(yè)科學技術的發(fā)展、化肥和農藥的使用加速了提高產量的進程。在20世紀下半葉,絕大多數(shù)發(fā)達國家獲得了穩(wěn)定的食物供應,消除了饑餓的威脅。
綠色革命強調灌溉、化肥、農藥和育種在糧食生產中的重要性,農田水利的建設,以我國雜交水稻技術為代表的傳統(tǒng)雜交育種的發(fā)展,廉價化學農藥和殺蟲劑的廣泛使用,使世界范圍糧食總產量在1950年到1990年的40年內翻了將近10倍。中國,墨西哥,印度等主要發(fā)展中國家的糧食產量上升了70%。
2 綠色革命帶來的問題和我們專業(yè)設置中需要重點解決的問題
綠色革命發(fā)展到今天在緩解糧食人口矛盾的方面起很重要的作用,但是也必須清楚的看到綠色革命帶來的嚴重問題:
(1)全球農作物產量已經達到了高產平臺期,灌溉、化肥和農藥的使用已經夠多,在此方面可挖掘的潛力已經很小,同時過多的使用化肥和農藥已經帶來土壤退化,水污染等很大的環(huán)境成本。
90年代初,又發(fā)現(xiàn)其高產谷物中礦物質和維生素含量很低,用作糧食常因維生素和礦物質營養(yǎng)不良而削弱了人們抵御傳染病和從事體力勞動的能力,最終使一個國家的勞動生產率降低,經濟的持續(xù)發(fā)展受阻。
(2)推廣的品種不適于旱地種植,綠色革命推廣的品種存在要求肥水條件高、不適于旱地種植等問題。這些品種僅在灌溉條件好和降雨充沛的地區(qū)得以大面積推廣,而在降雨稀少的地區(qū)則難以種植。
(3)同時由于人們生活水平的提高,對肉、蛋、奶的需求進一步提高。對以玉米和大豆等為主飼料作物的需求更加突出,并應注意動物科學的發(fā)展,提高肉、蛋、奶的產出和避免飼料的損耗。
3 綠色革命對農學學科專業(yè)設置的啟發(fā)
綠色革命帶來的成效是毋庸置疑的,大大緩解了人口和糧食的矛盾。但是前一階段綠色革命的手段(灌溉、農藥、化肥、傳統(tǒng)育種)的潛力已經挖掘殆盡,并且?guī)砹藝乐氐沫h(huán)境問題。但是人口的增長并沒有放緩,糧食問題依舊壓力很大。我們的農學專業(yè)設置必須參照綠色革命帶來的啟示,著力于解決綠色革命帶來的矛盾。尋找新途徑針對性解決糧食增產和改良方法:
(1)分子育種的重要性
綠色革命面臨的一個巨大問題是糧食增長潛力問題。糧食增產的核心問題是畝產的提高,在傳統(tǒng)育種和農藥、化肥潛力挖掘殆盡的背景下、我們必須尋找新的糧食畝產提高的方法。傳統(tǒng)育種費時費力,且受野生作物物種資源限制。
在后基因組時代,許多重要作物均已完成全基因組測序的背景下,使得能夠對作物基因組進行重組,可以做到跨物種尋找高產相關基因、抗病蟲害相關基因、抗旱相關基因、縮短生長期相關基因等重組到作物中,起到改良作物的目的。更先進的思路還包括把玉米、甘蔗等C4(碳4)循環(huán)相關基因重組到水稻、小麥、大豆、棉花等C3(碳3)植物中,提高二氧化碳固定效率,有利于植物在干旱環(huán)境生長,增加產量等。由于將供體植物帶目的性狀的遺傳信息者DNA分子或其中的目的基因分離提取出來,導入待改良受體細胞中(受精卵、種胚細胞等,使之整合、父子、表達和遺傳,這一系列過程都是運用分子生物學和基因工程的技術手段。發(fā)現(xiàn)和研究功能基因都是以分子生物學為基礎。
因此必須提高生物技術相關課程在農學中的比例,強調和提高分子育種在農學中的主導地位,強化分子生物學、基因工程、細胞生物學、遺傳學等傳統(tǒng)生物技術學科在農學中的地位。培養(yǎng)學生的實驗室動手能力。農學的相關分子生物學課程要有農學特色,突出和糧食作物、經濟作物、家禽家畜的關聯(lián)。
(2)植物保護的重要性
綠色革命的成績突出的一個主要措施是殺蟲劑的使用,其指導思想是減少其他生物對農作物的侵害。但是傳統(tǒng)殺蟲劑帶來的病蟲害抗藥性和環(huán)境污染問題十分嚴重。解決這些問題要跳出傳統(tǒng)化學農藥的思路――利用轉基因等手段開發(fā)更具抗蟲效果的新品種(如轉Bt基因水稻、轉Bt基因棉花);從分子層面上研究病蟲害的致病機理,結合施水施肥等手段,選擇更具有針對性的措施(如對白粉病的致病機理研究等);了解病蟲害的生態(tài)特點,利用性外激素等昆蟲行為方式殺滅病蟲害。這一系列著力于挖掘動植物自身潛力的方法手段,既可做到高效經濟的殺滅病蟲害,又可減少對環(huán)境的污染。
植物保護的重要性使得我們要開設動植物病毒學、農業(yè)生物科學、農業(yè)生態(tài)科學、農業(yè)病蟲草鼠生物學及其致害方面的基本理論和基本知識方面的學科。
(3)注重動物科學和農產品的經濟性
綠色革命的進程中還凸顯了技術的成本問題,隨著人們生活水平的提高對肉、蛋、奶的需求越來越旺盛,經由家禽家畜從飼料中轉換營養(yǎng)元素會造成大量損耗。因此必須重視動物科學的發(fā)展,培育產量、轉化效率更高的動物、開發(fā)更經濟高效的飼料體系、重視動物營養(yǎng)、重視動物病害的防治。同時由于人們生活水平的提高對綠色健康的要求更高,需要在學科建設中突出綠色、健康無公害的指導思想。
針對此指導思想動物科學的專業(yè)應開設動物營養(yǎng)學、動物胚胎學等專業(yè),并專注于動物轉基因、胚胎移植等專業(yè)技術平臺的建立。
參考文獻
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